(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子撮像装置上で画像をフォーカシングするためのオートフォーカスシステムを操作する方法であって；当該方法は、
ａ．  場面光のための光路を規定し、そして該電子撮像装置上に該場面の画像をフォーカシングするための少なくとも１つの可動レンズを有する調節可能なレンズシステムを用意すること、この際該電子撮像装置は、カラー画素、及びフィルタリングされていない画素又はパンクロマティック画素を含んでおり；
ｂ．  該電子撮像装置の前記カラー画素、及びフィルタリングされていない画素又はパンクロマティック画素が第１オートフォーカス画像をキャプチャするように、該場面光の第１部分が暗くなるようにし、また、該電子撮像装置の前記カラー画素、及びフィルタリングされていない画素又はパンクロマティック画素が第２オートフォーカス画像をキャプチャするように、該場面光の異なる第２部分が暗くなるようにし、該第１及び第２オートフォーカス画像の部分はオフセットされており；そして
ｃ．  キャプチャされる画像の焦点が合うような位置に、該オフセットに応答して該可動レンズを動かす
ことを含んで成る。
【請求項２】
該フィルタリングされていない画素又はパンクロマティック画素が、該第１及び第２オートフォーカス画像のために使用される請求項１に記載のオートフォーカスシステムを操作する方法。
【請求項３】
光を遮断するための第１状態及び光を通すための第２状態において有効な分割アパーチャ装置をさらに含む請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステムを操作する方法。
【請求項４】
該分割アパーチャ装置が、第１、第２、及び第３動作状態を有するメカニカルシャッターであり、該第１及び第２動作状態が、該光路の第１及び第２部分内の光をそれぞれ制限し、そして該第３動作状態が、該光を、該電子撮像装置を照らすように、実質的に制限されることなしに通過させることができる請求項３に記載のオートフォーカスシステムを操作する方法。
【請求項５】
該分割アパーチャ装置が、独立して操作される２つの画素を有する少なくとも１つの液晶素子で形成されている請求項３に記載のオートフォーカスシステムを操作する方法。
【請求項６】
該オートフォーカスシステムが、ビデオフレームをフォーカシングするために、ビデオキャプチャ中に繰り返し使用され、そして
該第１及び第２のオートフォーカス画像が、ビデオフレームと交互にキャプチャされる請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステムを操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオキャプチャ又はバースト・キャプチャのための一連の画像、並びに静止画像をキャプチャするために使用することができる画像キャプチャ装置のためのオートフォーカスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には静止画像及びビデオセグメントのための一連の静止画像をキャプチャするために使用されるデジタルカメラのオートフォーカスはしばしば、種々異なる位置で可動レンズを用いて撮影された例えば５〜２０又はそれを上回るサブサンプリングされた一連のオートフォーカス画像のコントラスト分析に基づいて、レンズを通したオートフォーカスシステムを利用する。続いて、オートフォーカス画像はコントラストに関して分析され、そして最高コントラストを有する画像を供給する可動レンズ位置が、最良のフォーカス条件と見なされる。可動レンズは次いで、最高コントラストを提供した位置、又はその静止画像がキャプチャされる前の少なくとも２つのオートフォーカス画像間の補間位置に戻される。このアプローチは正確なフォーカス条件を提供するものの、キャプチャして分析しなければならないオートフォーカス画像が多数あることにより、低速である。
【０００３】
ビデオキャプチャ中、オートフォーカス画像は、同じ一連の静止画像、又はビデオセグメントを構成するフレームから誘導される。従って、オートフォーカスプロセスにより、焦点から外れた５〜２０又はこれを上回るフレームが、場面が変わる毎に生成されることになる。結果として、場面が連続的に変化するカメラのパン動作を伴うビデオキャプチャ中、ビデオセグメントの大部分は実際には焦点から外れる。理想的には、このオートフォーカスシステムは、ビデオキャプチャ時に静止画像と同様により高速となり、またビデオキャプチャの場合には、焦点から外れたフレームの数が低減されるように、各フレームがフォーカシングされることになる。これは、ビデオセグメントからの画像が印刷され、又は他の様式で使用されるのを可能にする上で特に重要である。
【０００４】
オートフォーカスが３０フレーム／秒という典型的なビデオフレーム速度でフレーム毎のオートフォーカスを可能にするのに十分に高速になるように、オートフォーカスシステム全体を通して、いくつかの改善手段が必要とされる。第一に、１／３０秒以内又はそれよりも高速で完了することができるフォーカス品質測定を提供することができる測定システムが必要とされる。フォーカス測定もまた、１／３０秒以内に所期フォーカス品質を達成するために、距離及び方向に関して可動レンズの運動を正確にガイドするのに十分な情報を提供しなければならない。第二に、可動レンズ運動制御システムは、１／３０秒以内に可動レンズを再位置決めするのに十分に高速でなければならない。第三に、フォーカス測定システムと可動レンズ運動制御システムとから成るオートフォーカスシステム全体は、ビデオがキャプチャされるであろう時間の長さ全体にわたって、典型的には数分間の規模、しかしそれよりも長い場合もある時間にわたって正確でなければならない。
【０００５】
１／３０秒の要件を満たすのに十分に高速である従来技術におけるいくつかのタイプのフォーカス測定システム：すなわち、二重レンズ距離計モジュール、分割カラーフィルタ・システム、分割アパーチャ装置がある。これらのフォーカス測定システムの全ては、フレーム毎のオートフォーカスを提供するために、ビデオ環境内で働くための特殊な改変を必要とする。
【０００６】
二重レンズ距離計モジュールは、FM6260Wのようないくつかのモデルにおいて、Fuji Electricから購入することができる。Fuji Electricの距離計モジュールは米国特許第４，６０６，６３０号明細書（Haruki）に記載されている。二重レンズ距離計モジュールは、マッチングされた低分解能画像対がキャプチャされるのを可能にするために、２つのマッチング・センサ領域と一緒に所定の距離だけ離された２つのレンズを含有する。次いで、マッチングされた低分解能画像対は、２つのレンズ間の分離に起因する２つの画像間のオフセットを割り出すために、２つの画像間の相関関係に関して分析される。オフセット情報は次いで、三角測量によって場面までの距離を計算するために、レンズ分離距離と一緒に使用される。場面までの計算距離は、二重レンズ距離計モジュールによって測定された場面までの距離と、レンズを通したオートフォーカスシステムによって生成される一連の最良のフォーカシングされた画像との間に確立された較正曲線に基づいて最良の画質を生成するように可動レンズの位置決めをガイドするために使用される。Fuji FM6260Wモジュールの応答時間は、高感度モードで０．００４秒と広告されている。これはビデオ・オートフォーカスのために必要とされる１／３０秒以内に十分に含まれる。しかしながら、二重レンズ距離計モジュールの精度は、典型的には、環境条件の変化、例えば温度又は湿度の変化によって影響を及ぼされる。典型的には、これらの二重レンズ距離計モジュールは、デジタルカメラにおけるオートフォーカスのために独立して使用されることはなく、むしろ、レンズを通したコントラストに基づくオートフォーカスシステムによって補足される粗いフォーカス調節手段として使用される。二重レンズ距離計モジュールの問題は、二重レンズ距離計モジュールと可動レンズ位置との間の較正が、デジタルカメラの通常の動作環境内で安定でないことである。温度及び湿度の変化のような環境条件は、二重レンズ距離計モジュールによって生成された場面までの計算距離を１０％超だけ変化させるおそれがある。加えて、可動レンズ制御システムにおける可動レンズの測定位置も、環境によって誘発される変化を被りやすい。
【０００７】
分割カラーフィルタ・システム及び分割アパーチャ装置は両方とも、フォーカス情報のために解釈することができる画像を形成するために、レンズシステム内の分割アパーチャを使用する。分割アパーチャは、センサに少なくとも２つのオートフォーカス画像を形成するために、レンズを通過する光に対して少なくとも２つの光路を形成する。レンズシステムのアパーチャで光路を分割することにより、少なくとも２つの光路のそれぞれが、シェーディングはないが、分割アパーチャからの画像センサにおける光強度を低減した全体画像を形成する。
【０００８】
分割カラーフィルタ・システムの場合、分割カラーフィルタは、アパーチャ位置で、レンズの光路内に挿入される。分割カラーフィルタは、フィルタ領域が、異なる領域に異なる色を有する少なくとも２つの異なる領域に分割されるように構成されている。次いで、２つのオートフォーカス画像は、第２オートフォーカス画像の上にオーバーレイされた第１オートフォーカス画像として同時にキャプチャされるが、しかし第１及び第２のオートフォーカス画像は互いに異なる色なので、これらの画像はこれらがオーバーラップしていない領域で、オーバーレイ画像において区別化することができる。分割アパーチャ装置の場合、アパーチャは、アパーチャの少なくとも２つの異なる部分にわたって順次部分的に塞がれ、これにより少なくとも２つの光路が形成される。分割アパーチャ装置内では、少なくとも２つの光路が異なる色を有してはいないので、分割アパーチャ装置は、オートフォーカス画像が、部分的に塞がれた状態毎にキャプチャされることを必要とし、その結果少なくとも２つのオートフォーカス画像をもたらす。両方の場合において、少なくとも２つの光路間の差により、オートフォーカス画像は、画像内の被写体に関する焦点ぼけの程度及び焦点ぼけの方向に比例して横方向に変位することになる。
【０００９】
オートフォーカスのための分割カラーフィルタは、特開２００１−１７４４９６号公報（Keiichi）に記載されている。この場合、アパーチャの互いに対向する側の２つの異なる色から成るカラーフィルタが、センサ上に異なる色（典型的には青及び赤）を有する２つのオーバーレイ画像を形成する。画像内に存在するいかなる焦点ぼけも、２つの画像間にオフセットを形成し、このオフセットはこの場合、画像内の被写体のどちらの側にも色縁として現れる。集束レンズの運動は、焦点からの距離に応じて、画像内の色縁を低減又は拡大する。画像が良好にフォーカシングされると、色縁は消える。焦点内の焦点ぼけは、縁が画像内の被写体の一方の側で一方の色になり、そして他方の側では他方の色になるようにする。焦点面外の焦点ぼけは、色縁の色が逆転するという結果をもたらす。結果として、このアプローチを用いることにより、分割カラーフィルタを用いて撮影された１つの画像は、焦点ぼけの程度及び焦点ぼけの方向を割り出すように分析することができるオートフォーカス画像を提供する。Keiichiは、ビデオ撮影中にオートフォーカスのための分割カラーフィルタ・システムを使用することはなく、これに加えて、Keiichによって使用された分割カラーフィルタは光路内に固定されているので、ビデオ画像のキャプチャ中に、光路内の分割カラーフィルタから相当な光損失を被る。一般に、光路に分割カラーフィルタを加えると、光学系に光損失が導入され、このことは、オートフォーカスシステムの速度を低下させ、また低光条件下でのオートフォーカシングを難しくする傾向がある。
【００１０】
オートフォーカスのための分割アパーチャ装置が、特開第１９９７−１８４９７３号公報（Kurahashi）、米国特許第４，６３１，３９４号明細書（Horikawa）、及び米国特許第４，２０１，４５６号明細書（Wolbarsht）に記載されている。これらの開示内容において、アパーチャは交互に部分的に塞がれており、これにより、複数の光路を形成している。交互の複数の光路のそれぞれに対してキャプチャされるオートフォーカス画像は、焦点からの距離に比例して互いに比較して横方向にシフトされる。光学系がフォーカシングされる場合には、複数の画像は、アパーチャが交互に部分的に塞がれるのに伴って、互いに比較して横方向にシフトされることはない。アパーチャが部分的に塞がれる光路のうちの少なくとも２つに対して、一連の画像が収集される。画像集合の比較は、識別される画像と、計算される焦点からの相対距離との間の横方向オフセットを可能にする。その結果、アパーチャの少なくとも２つの異なる部分的暗さを有する１つの画像集合によって、少なくとも２つの画像間の横方向の差は、焦点ぼけの程度及び焦点ぼけの方向を識別する。しかしながら、Kurahashi、Horikawa、及びWolbarshtは、静止画像の高速オートフォーカスのための、又はビデオキャプチャ中のオートフォーカスのための分割アパーチャ装置を使用してはいない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
オートフォーカスシステムが、フレーム毎のオートフォーカスを提供するようにビデオキャプチャ中に使用するために改変されることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、上記特定した問題を克服する画像キャプチャのためのオートフォーカスシステムを提供することである。この目的は、電子撮像装置上で画像をフォーカシングするためのオートフォーカスシステムを操作する方法であって、
ａ．  場面光のための光路を規定し、そして該電子撮像装置上に該場面の画像をフォーカシングするための少なくとも１つの可動レンズを有する調節可能なレンズシステムを用意し；
ｂ．  該電子撮像装置が第１オートフォーカス画像をキャプチャするように、該場面光の第１部分が暗くなるようにし、また、該電子撮像装置が第２オートフォーカス画像をキャプチャするように、該場面光の異なる第２部分が暗くなるようにし、該第１及び第２オートフォーカス画像の部分はオフセットされており；そして
ｃ．  キャプチャされる画像の焦点が合うような位置に、該可動レンズを動かすことを含んで成る、オートフォーカスシステムを操作する方法によって達成される。
【００１３】
本発明は、フレーム毎のベースでオートフォーカスを可能にする画像キャプチャ装置のオートフォーカスの方法を提供する。例えば：ビデオキャプチャ中にビデオフレームの少なくとも実質的な部分が２４フレーム／秒又はこれよりも高速である（３０フレーム／秒が典型的である）場合、本発明は、事実上全てのビデオ画像の焦点が合うことを確実にする。オートフォーカスの配置関係はまた、静止画像のキャプチャ中のオートフォーカスのために利用可能である。
【００１４】
デジタル・キャプチャ装置によってキャプチャされたビデオ画像の分解能及び画質が改善されるのに伴って、個々のビデオ画像の印刷品質は消費者にとって著しくより重要になる。全てのビデオ画像のフォーカス品質を改善することにより、ビデオ品質全体が改善されることになり、またビデオ画像のそれぞれの印刷品質も改善されることになる。そのため、ビデオ画像又は静止画像のためにフォーカス調節することができるオートフォーカスシステム、例えば分割アパーチャ装置を連続的に使用することが重要となる。
【００１５】
本発明の分割アパーチャ装置の全ては以下の利点を共有している。第一に、オートフォーカス画像キャプチャ及びビデオ画像キャプチャの両方のために、テイキング・レンズが使用されるので、視差の問題が生じない。第二に、高品質テイキング・レンズが完全分解能センサと一緒に使用されるので、極めて高い分解能の画像又は画像の高分解能部分に対してオートフォーカスを、例えば多スポット・オートフォーカスを行う可能性が存在する。第三に、分割アパーチャ装置は、バースト・モードにおける複数の画像のオートフォーカスのために、又は単独の静止画像のキャプチャ中のオートフォーカスのために使用することもできる。第四に、全ての分割アパーチャ装置の態様は、画像キャプチャ装置のためのシャッターとして動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、主要構成部品を示す、典型的な従来技術のデジタルカメラの概略図である。
【図２】図２は、従来技術の静止画像キャプチャのためのオートフォーカスシステムを示すフローチャートである。
【図３】図３は、典型的な従来技術のビデオキャプチャを示すフローチャートである。
【図４】図４は、電子撮像装置上で画像をフォーカシングするための、本発明によるオートフォーカスシステムを示す概略的なブロック・ダイヤグラムである。
【図５】図５は、図４のオートフォーカスシステムの一部を示す斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、下半部アパーチャが塞がれたときの、図４のオートフォーカスシステムによってキャプチャされた画像を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、上半部アパーチャが塞がれたときの、図４のオートフォーカスシステムによってキャプチャされた画像を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、アパーチャから閉塞体が除去されたときの、図４のオートフォーカスシステムによってキャプチャされた画像を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、電気光学式の分割アパーチャ装置のための動作状態を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、電気光学式の分割アパーチャ装置のための動作状態を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、電気光学式の分割アパーチャ装置のための動作状態を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の態様を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の態様を示す図である。
【図９】図９は、図４のオートフォーカスシステムに対応する、レンズ焦点ぼけ対画像シフトを示すグラフである。
【図１０】図１０は、オートフォーカスシステムと場面内の被写体との相対運動を補償するために、ビデオ画像キャプチャに使用するためのオートフォーカスシステムを示す概略的なブロック・ダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
撮像装置、並びに信号捕捉及び補正のため及び露光制御のための関連回路を用いるデジタルカメラがよく知られているので、本発明は具体的には、本発明による方法及び装置の一部を形成する要素、又は本発明による方法及び装置とより直接的に協働する要素に関する。本明細書で、特に図示又は説明していない要素は、当業者に知られた要素から選択される。説明しようとする態様の特定の状況はソフトウェア内で提供される。下記材料において本発明に基づいて示され説明されるシステムを考えると、本発明の実施に有用な、具体的には図示、記載又は示唆されていないソフトウェアはコンベンショナルなものであり、通常の技術範囲に含まれる。
【００１８】
特定のカメラ形態に関するこのような説明は当業者には明らかであり、また多くの変更形及び更なる特徴が存在することも明らかである。記載のオートフォーカスシステムは、取り外し及び交換が可能なレンズを含む。同様の機能性が代わりの構成部品によって提供される任意のタイプのデジタルカメラに、本発明が適用されることは明らかである。本発明は、カメラ以外の装置、例えば携帯電話機及び自動車を使用して実施することもできる。
【００１９】
主要システム構成部品を示す、典型的な従来技術のデジタルカメラの概略図を図１に示す。
【００２０】
デジタルカメラは、電子撮像装置１６上に画像をフォーカシングする少なくとも１つの可動レンズ１４を有する調節可能なレンズシステム１２を含む。操作者によって押されるとボタン１８は、静止画像、バーストにおける短い一連の画像、又はビデオにおけるようなより長い一連の画像のキャプチャを開始し、そして、電子撮像装置１６に通過する光の量を制御するために、アパーチャ又はアイリス２０が設けられている。デジタル信号プロセッサ２２が、最良のフォーカス品質を提供するフォーカシング条件を識別するためにデータを分析することができる。デジタル信号プロセッサ２２はまた、電子撮像装置１６上に画像をフォーカシングするために可動レンズ１４を動かすコンベンショナルな構造を制御する。さらに、静止画像又はビデオを構成する一連の画像に対応するデジタル情報を記憶するために、デジタル記憶素子２４が設けられている。
【００２１】
図２には、図１の従来技術のデジタルカメラのための、静止画像をキャプチャするのに続く典型的な従来技術の事象を示すフローチャートが示されている。ステップ３０において、キャプチャ・シーケンスを始めるために、ボタン１８を押す。より具体的には、ボタン１８は、明細書において後で説明する３つの種々異なる位置Ｓ０、Ｓ１及びＳ２を有する。ステップ３２において、一連の種々異なる位置で可動レンズ１４によってコンベンショナルな様式で、５〜２０又はこれを上回るオートフォーカス画像をキャプチャする。ステップ３４において、デジタル信号プロセッサ２２は、最良のフォーカスをもたらす可動レンズを識別するために、デジタル化オートフォーカス画像を分析する。ステップ３６において、可動レンズ１４は、最良のフォーカスをもたらす位置に動かされる。ステップ３８において、図１のデジタルカメラは、フォーカシングされた画像を自動的にキャプチャする。
【００２２】
ビデオ画像キャプチャのための従来技術のオートフォーカスシステムのフローチャートを図３に示す。ステップ４０において、ビデオキャプチャを開始するためにボタン１８を押す。ビデオのためのオートフォーカスは、静止画像キャプチャのために用いられた手順と同様の手順を用いる。但しこの場合、オートフォーカス画像とビデオ画像とが同じ画像であるという点で相違を伴う。オートフォーカス画像はビデオ画像のうちのそれぞれの画像の小さな部分である。レンズを通してオートフォーカス・アプローチの場合、最良のフォーカスのための条件を識別するために、種々異なる位置における可動レンズを用いて、５〜２０又はこれを上回るオートフォーカス画像を発生させなければならず、その結果、ビデオ画像の多くは良好にはフォーカシングされない。ステップ４２を参照されたい。ステップ４４において、画像のうちのそれぞれのコントラストを、デジタル信号プロセッサ２２によって測定する。ステップ４６において、デジタル信号プロセッサ２２は、最良にフォーカシングされた状態を有する画像として、最高コントラストを有する画像を識別する。ステップ４８において、可動レンズは、最高コントラストを有する画像に対応する位置に移動される。ビデオ画像のキャプチャはステップ５０において続けられる。ステップ５２において、デジタル信号プロセッサ２２は、再フォーカシングの必要を評価するために、同様の機能を繰り返す。場面内のフォーカス条件の変化がビデオキャプチャ中に検出されるたびに、オートフォーカシング手順が繰り返され、そして、良好にはフォーカシングされないより多くのビデオ画像が生成される。
【００２３】
従来技術のオートフォーカスシステムが静止画像又はビデオキャプチャのために使用される場合、種々異なる位置における可動レンズを用いて、５〜２０又はこれを上回る一連のオートフォーカス画像をキャプチャしなければならない。次いで、最良フォーカス品質を生成する可動レンズの位置を割り出すために、オートフォーカス画像のうちのそれぞれの画像の一部を分析する。次いで、可動レンズを、最良フォーカス品質を生成する位置に戻し、そして静止画像をキャプチャする。このアプローチは極めて正確にフォーカシングされた画像を生成するものの、キャプチャし、そして画像がキャプチャされる前にコントラストに関して測定しなければならないオートフォーカス画像が多いことにより、作業者がキャプチャ・ボタンを押す時点と、画像がキャプチャされる時点との間には相当な遅延時間を招く。従って、このアプローチは、高速オートフォーカスが必要な状況、例えばスポーツイベントにおける静止画像キャプチャ、又はフォーカス品質が重要であるビデオキャプチャ状況には適していない。
【００２４】
下記情報は、より詳細に論じる前に本発明を正しく評価する助けとなるはずである。本発明の重要な特徴は、ビデオ画像の実質的に全てが良好にフォーカシングされるように、各ビデオフレームを独立してフォーカシングすることができるオートフォーカスシステムを提供することが明らかとなる。
【００２５】
典型的なビデオキャプチャ速度３０フレーム／秒におけるビデオキャプチャ中のフレーム毎のオートフォーカスの場合、本発明は、１／３０秒サイクルで連続的に動作することができる。本明細書によれば、フレーム毎のオートフォーカスは、以下の場合：ビデオフレームのキャプチャ前にフォーカス測定及び可動レンズ移動が行われる場合；オートフォーカス画像又はビデオ画像のキャプチャ中にフォーカス測定及び可動レンズ移動が行われる場合；さらにまた、オートフォーカス情報が１つのビデオフレーム内に収集され、そして可動レンズ移動が次のビデオフレームに適用される場合、を含むものと解釈される。全ての場合、オートフォーカス制御は各ビデオ画像フレームに適用されることになる。一般に、フォーカス条件の変化、及び１つのフレームから次のフレームへのフォーカス条件の変化を補正するために必要とされる関連する可動レンズ運動は僅かである。いくつかの場合において、フォーカスからの計算距離がレンズのぼやけた円内部にあるならば、可動レンズを再位置決めしないことが好ましい場合がある。いくつかの他の場合において、フレーム間のより平滑なフォーカス移行を可能にするために、フレーム間の可動レンズ位置の変化量を制限することが好ましい場合がある。本発明は、ほぼ２４フレーム／秒又はこれよりも高速のビデオキャプチャ速度で、ビデオのための一連の画像をキャプチャする場合に、フレーム毎のベースでフォーカス条件の変化を調節するために、オートフォーカスシステムにおいて用いることができる高速且つ正確なフォーカス測定を行うための装置を記述する。
【００２６】
本発明によるオートフォーカスシステムは、フォーカス精度を高め、そして画像キャプチャのための利用可能な光の使用を増やしつつ、ビデオセグメントのフレーム毎にフォーカス調節を行うことができるように、２４フレーム／秒又はこれよりも高速のフレーム速度で画像のフォーカス品質を測定するために用いることができるフォーカス測定を提供する。フレーム毎にフォーカシングされるのを可能にすることにより、ビデオの画質全体が高められ、そしてその結果、ビデオのバージョンに基づくカメラ上に表示されるプレビュー画像の画質が、ビデオキャプチャ及び静止画像キャプチャ中に高められる。本発明によるオートフォーカスシステムを、高速オートフォーカスのために静止画像キャプチャ中に使用することもできる。
【００２７】
本発明は、交互にアパーチャの一方の側の一部を塞ぎ、次いでアパーチャの他方の側の一部を塞ぐための半アパーチャ閉塞体の使用に依存する。いくつかの場合において、半アパーチャ閉塞体を除去し、又は半アパーチャ閉塞体をビデオフレーム・キャプチャ又は静止画像キャプチャの一部に対して実質的に透明にすることが有益である。半アパーチャ閉塞体は、電気光学的な、すなわち液晶素子又はエレクトロクロミック・デバイスにおけるようないくつかの形態；又は機械的装置、すなわち一部が除去されている回転ディスク又は旋回部材又はスライド部材におけるようないくつかの形態、の両方を成すことができる。本発明の思想において、一方の側で先ずアパーチャの光を制限し、次いで他方の側でアパーチャの光を制限し、そして次いで、実質的に制限しないという３つの動作状態を提供することができる任意の装置が、本発明のために好適な機能性を提供することになる。これも念のために述べておくと、半アパーチャ閉塞体がアパーチャの頂部と底部とを、又はアパーチャの互いに対向する側を交互に塞ぐ場合、装置が等しく良好に働くという点で、半アパーチャ閉塞体の向きは重要でない。
【００２８】
本発明により記載された分割アパーチャ装置を有するオートフォーカスシステムの概略的なブロック・ダイヤグラムを図４に示し、また、本発明により記載された分割アパーチャ装置６０を有するレンズ集成体の斜視図を図５に示す。この場合、アパーチャの２つの側が例えばそれぞれ１／１２０秒間にわたって交互に塞がれている間、２つのオートフォーカス画像がキャプチャされ、アパーチャから閉塞体が除去されている間、ビデオフレームがオートフォーカス画像とは別個にキャプチャされるか又はオートフォーカス画像と同時にキャプチャされる。オートフォーカス画像及びビデオフレームは、電子撮像装置１６上でキャプチャされたものと同じか又は異なる画素を使用することができる。
【００２９】
フォーカスの分割アパーチャ測定は、２つの光路がアパーチャの半部を交互に塞ぐことにより確立される点で、分割カラーフィルタの測定と同様である。しかし、分割アパーチャ装置を使用する本発明の場合、２つの光路は異なる時点で確立され、そして結果的に２つのオートフォーカス画像が生成される。図６Ａ，６Ｂ及び６Ｃに示された２つの画像間の横方向のオフセットを測定することにより、焦点までの距離が検出される。図６Ａにおいて、アパーチャの下半部が塞がれた状態で、オートフォーカス静止画像がキャプチャされる。図６Ｂにおいて、アパーチャの上半部が塞がれた状態で、同じ画像がキャプチャされる。なお、図６Ｂにおけるオートフォーカス画像は、図６Ａにおけるオートフォーカス画像と比較して鉛直方向にシフトされている。２つのオートフォーカス画像間の横方向のオフセットは、２つのオートフォーカス画像を互いに相関し、そしてオートフォーカス画像間の画素オフセットを割り出すことにより、達成される。所望の画像部分が良好にフォーカシングされる場合、その部分に対応する２つのオートフォーカス画像は、互いに正確に重なり、オフセットは検出されない。所望の画像部分が焦点から外れている場合、２つの画像はその部分において、互いにオフセットすることになる。２つのオートフォーカス画像間のオフセット距離及びオフセット距離は、その画像部分をフォーカシングするために可動レンズを動かさなければならない距離及び方向に関連する。
【００３０】
図４及び５、並びに図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃを参照すると、液晶素子を使用する分割アパーチャ装置６０が示されている。液晶素子は当業者に良く知られている。この場合では、液晶素子は２つの閉塞体を有しており、これらの閉塞体は、２つの異なる状態で独立して動作することができる。第１状態において、第１閉塞体は透明であり、そして光を通す。第２状態において、第２閉塞体は不透明であり、そして光軸Ｘ−Ｘに沿って導かれる光を暗くするか又は遮る。図７Ａにおいて、第１画素を横切って印加される電圧差はなく、この画素は不透明である。第２画素を横切って電圧差が印加され、この画素は透明である。同様に、図７Ｂにおいて、第２画素を横切って印加される電圧差はなく、第２画素は不透明であり、第１画素を横切って電圧差が印加され、第１画素は透明である。図７Ｃにおいて、両画素を横切って電圧差が印加され、両画素は透明である。分割アパーチャ装置６０が第１及び第２の部分又は画素を含み、それぞれの画素は、光を通す第１状態、及び光路Ｘ−Ｘに沿った光が電子撮像装置１６に達するのを制限する第２状態において有効であることがここで明らかである。
【００３１】
図５は、光路Ｘ−Ｘを規定し、そして固定レンズ６４及び可動レンズ１４を含む調節可能なレンズシステムを示す。調節可能なレンズシステムによって、画像が電子撮像装置１６上でフォーカシングされる。
【００３２】
具体的には図４に戻ると、固定レンズ６４、可動レンズ１４、分割アパーチャ装置６０、及び電子撮像装置１６が示されている。画像シーケンサ７０が、図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃに示された分割アパーチャ装置６０の動作順序を決定する。半シャッター制御装置７２は、シーケンサ７０からの入力を受信し、そして分割アパーチャ装置６０内の液晶素子の種々異なる部分間又は画素間に電圧差を印加する。オートフォーカスシステムは、図７Ａ〜７Ｃに示された順序を通して働く。図７Ａにおいて、電子撮像装置１６はオートフォーカス画像をキャプチャする。この場合液晶素子の第１画素は不透明である。この画像は、アナログ−デジタル変換器７４に導かれる。画像シーケンサ７０は、オートフォーカス画像をオートフォーカス一時記憶メモリー７６に導く。シーケンサは次いで、第２オートフォーカス画像がキャプチャされ（図７Ｂ参照）、そして一時記憶メモリー７８に導かれる。マイクロプロセッサの部分であることが可能なステップ８０は、２つの記憶されたオートフォーカス画像間のオフセットを測定するために、２つの記憶されたオートフォーカス画像を相関する。画像がオフセットされているときには、エラー信号が形成され、このエラー信号は、レンズ移動装置８４を操作する可動レンズ位置決め制御装置８２に提供される。レンズ移動装置８４は、フォーカシングされた画像がキャプチャされるようになっている場合、その場面の画像の焦点が合うようにするために、可動レンズ１４を並進させる。フォーカシング後、フォーカシングされた画像がキャプチャされ、そして画像記憶装置７９内に移動される。この画像は当業者に良く知られているように、印刷するか又は他の装置に移すことができる。
【００３３】
図８Ａは、第１半アパーチャ閉塞体６１及び第２半アパーチャ閉塞体６２を使用する機械的な分割アパーチャ装置６０の態様を示す。第１動作状態において、半シャッター制御装置７２は、第１半アパーチャ閉塞体制御装置６６に信号を送り、第１半アパーチャ閉塞体制御装置６６は、第１半アパーチャ閉塞体６１がスライドして、そして光路Ｘ−Ｘに沿った光が撮像装置１６に達するのを制限するようにする。第２動作状態において、半シャッター制御装置７２は、第２半アパーチャ閉塞体制御装置６７に信号を送り、第２半アパーチャ閉塞体制御装置６７は、第２半アパーチャ閉塞体６２がスライドして、そして光路Ｘ−Ｘに沿った光が電子撮像装置１６に達するのを制限するようにする。分割アパーチャ装置が第１動作状態にあるときは、電子撮像装置１６によって、第１オートフォーカス画像がキャプチャされる（図７Ａ）。この画像が、アナログ−デジタル変換器７４に導かれる。画像シーケンサ７０は、オートフォーカス画像をオートフォーカス一時記憶メモリー７６に導く。シーケンサは次いで、分割アパーチャ装置が第２動作状態にあるときに、第２オートフォーカス画像がキャプチャされるようにする（図７Ｂ参照）。この第２オートフォーカス画像は一時記憶メモリー７８に導かれる。ステップ８０は次いで、２つの画像間のオフセットを計算する。結果として生じるエラー信号は、レンズ移動装置８４を操作する可動レンズ位置決め制御装置８２に提供され、レンズ移動装置８４は可動レンズ１４を並進させて、フォーカシングされた画像がキャプチャされたときに、その場面の画像の焦点が合うようにする。フォーカシング後、光路Ｘ−Ｘに沿った全ての光が撮像装置を照らすのを許すように、半シャッター制御装置７２は、半アパーチャ閉塞体制御装置６６，６７の両方に信号を送る（図７Ｃ参照）。この第３動作状態において、フォーカシングされた画像がキャプチャされ、画像記憶装置７９内に移動される。
【００３４】
図８Ｂは、ディスク６５を回転させるためにモータ６３を使用する機械的な分割アパーチャ装置６０の態様を示している。ディスク６５は不透明であるとともに、互いに所定の間隔を置いて離隔した２つの開口を有している。第１動作状態において、ディスク６５は、光路Ｘ−Ｘに沿った光が撮像装置１６の第１部分を照らすのを許すように回転させられ、そして停止される。第２動作状態において、ディスク６５は、光路Ｘ−Ｘに沿った光が撮像装置１６の第２の異なる部分を照らすのを許すように回転させられ、そして停止される。分割アパーチャ装置が第１動作状態にあるときには、電子撮像装置１６によって第１オートフォーカス画像がキャプチャされる（図７Ａ参照）。この画像は、アナログ−デジタル変換器７４に導かれる。画像シーケンサ７０は、オートフォーカス画像をオートフォーカス一時記憶メモリー７６に導く。次いで、分割アパーチャ装置が第２動作状態にあるときに、シーケンサは第２オートフォーカス画像が電子撮像装置１６によってキャプチャされるようにする（図７Ｂ参照）。この第２オートフォーカス画像は一時記憶メモリー７８に導かれる。ステップ８０は次いで、２つの画像間のオフセットを計算する。結果として生じるエラー信号は、レンズ移動装置８４を操作する可動レンズ位置決め制御装置８２に提供され、レンズ移動装置８４は可動レンズ１４を並進させて、フォーカシングされた画像がキャプチャされたときに、その場面の画像の焦点が合うようにする。フォーカシング後、ディスク６５は、光路Ｘ−Ｘに沿った全ての光が撮像装置を照らすのを許すように回転させられ、そして停止される（図７Ｃ参照）。この第３動作状態において、フォーカシングされた画像がキャプチャされ、画像記憶装置７９内に移動される。なお、連続的に回転するディスクの使用を許すように、この態様をさらに改変し得ることは当業者には明らかである。
【００３５】
ステップ８０において、図９に示されたチャートによって表されるエラー信号が生成される。各特定のカメラは、カメラのデザインに応じた独自のチャートを有することになる。この図示の例では、画像がグラフのＸ軸において示されているようにシフト又はオフセットされると、エラー信号は、可動レンズ１４のために必要とされる位置変化量である。チャートは、いかなる特定のカメラ・デザインに関しても当業者によってよく理解されるようなルックアップ・テーブル内で具体化することができ、チャートは実験により決定することができる。
【００３６】
ビデオのキャプチャに際しては、図４に示されたシステムを採用することもできる。図７Ａ，７Ｂ及び７Ｃに示された閉塞のための配置関係は、フレーム毎に一度繰り返される。例えばビデオが１８００フレームを有している場合、オートフォーカスシステムは、実質的に全てのフレームに対して可動レンズ１４を調節することになる。本発明の思想において、２つのオートフォーカス画像及びビデオフレームのキャプチャ順序は、本発明の種々異なる態様に応じて異なっていてよい。
【００３７】
図１０は、オートフォーカスシステムと場面内の被写体との相対運動を補償することを含む、ビデオフレームのキャプチャに際して使用するためのオートフォーカスシステムを示す概略的なブロック・ダイヤグラムである。図１０のステップは、当業者に良く知られたマイクロプロセッサを使用して実施することができる（図１参照）。ステップが図４に示されたステップに相当する場合には、同じ符号を使用する。場面内の被写体とオートフォーカスシステムとの相対運動を補正するために、実質的にフォーカシングされた２つの画像をキャプチャし、そして画像記憶装置７７内に記憶しなければならない。これらの画像は、図４に記載されているのと同様にキャプチャされる。次いでビデオ画像間の運動を識別するために、最後の２つのキャプチャされたビデオ画像をステップ９０において相関する。この相関は良く知られており、２つの画像間のコントラスト変動に関連する。例えば、同一譲受人による米国特許第４，６７３，２７６号明細書を参照されたい。この開示内容を参考のため本明細書中に引用する。ステップ７６及び７８において実施されるオートフォーカスプロセスは、図４におけるのと同じである。ステップ９２において、ステップ９０で計算された運動を補償するために、最後から１つ前のオートフォーカス画像を改変する。従って、実際には、新しいオートフォーカス画像が生成され、そしてステップ８０は図４に記載された機能を提供する。
【００３８】
より具体的には、本発明の好ましい態様の場合、オートフォーカス画像及びビデオ画像は、表１（下記）に示すように交互にキャプチャされる。例えば、各オートフォーカス画像及び各ビデオフレームを交互にキャプチャするために利用可能な時間は、３０フレーム／秒でビデオ画像をキャプチャする場合、それぞれ１／６０秒である。フォーカス条件の計算はこの場合、キャプチャされている最後の２つのオートフォーカス画像に基づいて行われる。
【００３９】
【表１】
0005399899.tif 000002
【００４０】
この態様の場合、オートフォーカス画像のキャプチャが時間的に離されているので、カメラ又はオートフォーカスシステムの動作及び場面内の動作がフォーカス条件の計算を劣化させる可能性が存在する。フォーカス測定精度をさらに改善するために、カメラ動作又は場面内の動作に対する補正が加えられる。動作補正は、カメラと場面内の動作との間の相対運動を規定するために、最後の２つのビデオ画像を互いにステップ９０において比較することから成る。次いで、規定された場面内動作又はカメラ動作に基づいて、オートフォーカス画像のうちの一方又は両方を改変することにより、カメラ動作又は場面内動作を補正することができる。場面内動作又はカメラ動作を補正するためにオートフォーカス画像を改変することにより、フォーカス計算精度が改善される。
【００４１】
この態様の更なる利点は、ビデオ画像キャプチャからオートフォーカス画像キャプチャを分離することにより、アパーチャの半分を塞ぐことにより生成される散乱光から生じる画像劣化が、ビデオフレームにおいて回避されることである。なお、撮像装置からのオートフォーカス画像の迅速なオフロードを可能にするように画素数を低減するために、本発明の態様のいずれのオートフォーカス画像も、サブサンプリングされた画像であることが可能である。
【００４２】
上記オートフォーカス配置関係は、静止画像並びにビデオフレームのオートフォーカスのための使用に適しており、分割アパーチャ装置は、静止画像のキャプチャ中のオートフォーカス活動に何らかの改変を加えることを必要とする。
【００４３】
表２及び３（下記）は、静止画像のキャプチャのために分割アパーチャ装置を使用する、オートフォーカス活動の時系列を示す。
【００４４】
【表２】
0005399899.tif 000003
【００４５】
【表３】
0005399899.tif 000004
【００４６】
表２は、具体的には静止画像キャプチャを目的とした装置の活動の時系列を示し、この場合、キャプチャ・ボタンは、Ｓ０からＳ２まで最後まで速やかに押し下げられる。キャプチャ・ボタンは３つの位置を有し、すなわち：Ｓ０は、キャプチャ・ボタンが操作者によってまだ押されていない開始位置であり；Ｓ１は、カメラがオートフォーカス及び自動露光を計算するが、しかし画像キャプチャを開始してはいない中間位置であり；Ｓ２は、オートフォーカス及び自動露光が完了したらすぐにカメラが画像キャプチャを開始する位置である。キャプチャ・ボタンがＳ０からＳ２まで速やかに押し下げられる場合、分割アパーチャ装置は、２つのオートフォーカス画像をキャプチャし、オフセットのためにオートフォーカス画像を分析し、誤差を計算し、露光を計算し、可動レンズを正しい位置に動かし、そして静止画像をキャプチャする前にアパーチャ及びシャッターを調節しなければならない。この場合、画像が焦点から外れているおそれがあるので、静止画像をキャプチャすることができる前に、画像フォーカスを測定して補正しなければならない。ビデオ画像キャプチャの場合とは異なり、静止画像キャプチャ中、オートフォーカス画像がキャプチャされた後、静止画像キャプチャのためにより多くの光を許し、これにより静止画像キャプチャのための画像センサに達する光を増大させるように、静止画像キャプチャ中に半アパーチャ閉塞体を両方とも実質的に透明にすることができる。例えば、オートフォーカスのために必要となる時間は、この場合、ほぼ１ビデオフレームをキャプチャするための時間、又は１／３０秒である。この方法は、５〜２０オートフォーカス画像がキャプチャされ分析されるのを必要とし、結果として０．４〜２．０秒のオートフォーカス時間を必要とする、典型的にはレンズを通したコントラストをベースとするオートフォーカスシステムよりも著しく高速である。
【００４７】
表３は、別の装置の活動の時系列を示す。この場合、ボタンを先ずＳ０からＳ１まで途中まで押し下げることにより、静止画像キャプチャのためにボタンを残りの距離Ｓ１からＳ２まで押し下げる前にカメラがオートフォーカス及び自動露光を達成するのを可能にする。この場合、オートフォーカスは、それぞれアパーチャ半部が塞がれた状態でキャプチャされた２つのオートフォーカス画像を使用して達成される。表２に記載されている場合のように、オートフォーカス画像がキャプチャされた後、半アパーチャ閉塞体を実質的に透明になるように形成することができ、これにより、より多くの光が静止画像キャプチャのための画像センサに達するのを可能にする。この場合、ボタンがＳ１からＳ２まで押し下げられる前にオートフォーカス及び自動露光が達成されるので、ボタンがＳ１からＳ２まで押し下げられるときにキャプチャのために必要とされる最終的な時間は事実上ゼロである。
【００４８】
表４（下記）は、ビデオキャプチャに際して使用するための分割アパーチャ装置の活動の別の時系列を示す。この態様の場合、ボタン１８を押し下げると、第１半アパーチャ閉塞体は実質的に不透明にされるのに対して、第２半アパーチャ閉塞体は実質的に透明にされ、そして第１オートフォーカス画像キャプチャ及びビデオキャプチャの両方が同時に始まる。この具体例の場合、ほぼ１／６０秒後、第１オートフォーカス画像がセンサからオフロードされ、そのセンサ部分はリセットされ、第１半アパーチャ閉塞体は、実質的に透明になるように形成され、第２半アパーチャ閉塞体は、実質的に不透明になるように形成される。ビデオ画像のキャプチャが続くのに伴って第２オートフォーカス画像のキャプチャが始められる。１／３０秒後、第２オートフォーカス画像はセンサからオフロードされ、そしてビデオ画像はセンサからオフロードされ、第２半アパーチャ閉塞体は、実質的に透明になるように形成され、そしてセンサはリセットされる。このプロセスは次いで繰り返される一方、オフセット及び誤差、フォーカスを改善するために必要とされる可動レンズ運動を割り出すため、そして露光を計算するためにオートフォーカス画像が分析される。可動レンズは次いで新しいフォーカス位置に動かされ、そして露光を補正するためのシャッターに対する調節が行われる。
【００４９】
【表４】
0005399899.tif 000005
【００５０】
本発明のこの装置の利点は、装置がオートフォーカス画像キャプチャ及びビデオ画像のための比較的長時間の露光を提供すること；オートフォーカス画像のフレーム速度がより遅いことにより、半アパーチャ閉塞体の運動が比較的単純なこと；そしてオートフォーカス画像及びビデオ画像のためのオフロード速度が比較的遅いこと、である。この装置は、電子撮像装置上の種々異なる画素が、ビデオフレームと比較してオートフォーカス画像のために使用される場合に適している。
【００５１】
本発明の別の装置は、第１及び第２の半アパーチャ閉塞体と一緒に、ビデオ画像のオートフォーカスのための分割アパーチャ装置を使用する。第１及び第２の半アパーチャ閉塞体は、アパーチャの一方の側、次いでアパーチャの他方の側を交互に閉塞するために個別に、実質的に透明又は実質的に不透明にすることができ、そしてオートフォーカス画像の高速キャプチャとともに用いることができる。例えば、アパーチャの２つの側がそれぞれ１／１２０秒間にわたって交互に塞がれている間に、２つのオートフォーカス画像が先ずキャプチャされる。オートフォーカス画像のキャプチャに続いて、両方の半アパーチャ閉塞体は、ビデオフレーム・キャプチャのために実質的に透明にされる。この装置の時系列を表５（下記）に示す。
【００５２】
【表５】
0005399899.tif 000006
【００５３】
本発明の別の装置は、アパーチャの一方の側、次いでアパーチャの他方の側を交互に塞ぐために個別に、実質的に透明又は実質的に不透明にすることができる半アパーチャ閉塞体を有するオートフォーカスのための分割アパーチャ装置を使用する。例えば、アパーチャの２つの側がそれぞれ１／１２０秒間にわたって交互に塞がれている間に、２つのオートフォーカス画像がキャプチャされる。オートフォーカス画像のキャプチャに続いて、半アパーチャ閉塞体は両方とも、１／６０秒間にわたって実質的に透明にされる。この装置において、ビデオ画像キャプチャは、アパーチャの半分が塞がれているときの両オートフォーカス画像キャプチャの時間全体にわたって、そして総計で１／３０秒であるアパーチャの閉塞体除去時間中、実際に統合される。この装置は、ビデオ画像キャプチャのための極めて長時間の露光を提供することができる。
【実施例】
【００５４】
例１
好ましい態様を一例として記載する。この場合、LC-Tec Display (LC-TEC DISPLAY AB, Tunavagen 281, SE-781 73 Borlange, SWEDEN)から入手可能であるような高速液晶素子、例えばモデルFOS-PSCTを使用する。ほぼ１００ボルトの電圧を印加することにより、素子は白から透明へ変化する。素子は、アパーチャの半分を一度に塞ぐための独立して制御可能な２つのセクション（半分は白及び半分は透明）を成して配列されており、これとともに実質的に無制限のモード（両セクションで実質的に透明）又は完全に白のモード（両セクションで実質的に白）で動作する能力も有している。加えて、フィルタリングされていない、又はパンクロマティックである画素の少なくとも一部を有する撮像装置が存在しており、フィルタリングされていない画素、又はパンクロマティック画素は、実質的に可視光範囲全体に及ぶ波長からモノクローム・オートフォーカス画像をキャプチャするために使用される。
【００５５】
液晶素子の利点は、０．００１秒未満で開から閉へ移行することができ、そして透過率が、透明動作状態における８０％超から白動作状態における５％未満へ移ることである。液晶素子の欠点は、白動作状態においてシャッターが光を散乱するので、所定のレベルの拡散光がオートフォーカス画像キャプチャ中に形成されることである。
【００５６】
フィルタリングされていない、又はパンクロマティックである画素の少なくとも一部を有する撮像装置を使用することの利点は、センサ上のカラーフィルタ・アレイによる光損失が排除され、これにより、オートフォーカス画像の分解能を低減し、そして結果としてフォーカス測定精度を低下させてしまう画素ビニング又は画素加算を必要とすることなしに、極めて高速のオートフォーカス画像キャプチャを可能にする。また、モノクローム・オートフォーカス画像のために使用されるフィルタリングされていない画素、又はパンクロマティック画素の少なくとも一部を有する撮像装置を使用することにより、薄暗い光の状況でオートフォーカス速度及び精度が改善される。それというのも光はオートフォーカス画像キャプチャのための割り当て時間において、より効率的に集まることができるからである。
【００５７】
図４は、オートフォーカス画像キャプチャ中に一度にアパーチャの半分を交互にブロックするように配列された高速液晶素子を有する分割アパーチャ装置のための好ましい態様を示している。この特別な撮像装置は、カラー画素と、フィルタリングされていないか、又はパンクロマティックであるいくつかの画素とを有しており、これは図４に示されていないが、しかし本発明において記載されたオートフォーカス画像の高速キャプチャを可能にするための重要な構成要件である。
【００５８】
表５は、オートフォーカス画像がビデオ画像キャプチャとは別個にキャプチャされる分割アパーチャ装置のための好ましい態様の時系列を示す。この場合において、図４に示された高速液晶素子によって交互に塞がれるアパーチャの半分を用いて３０フレーム／秒でビデオをキャプチャする場合、２つのオートフォーカス画像は、それぞれほぼ１／１２０秒でキャプチャされる。２つのオートフォーカス画像のキャプチャに続いて、アパーチャからは、ほぼ１／６０秒のビデオキャプチャ時間にわたって閉塞体が除去される。ビデオキャプチャ時間中、２つのオートフォーカス画像は分析され、そして可動レンズは必要に応じて再位置決めされる。このプロセスは次いで、ビデオセグメントの各フレームをフォーカシングするために繰り返される。
【００５９】
高速液晶素子、及びフィルタリングされていない画素、又はパンクロマティック画素の少なくとも一部を有する撮像装置の利点は、オートフォーカス画像をビデオ画像とは別個にキャプチャできることである。高速液晶素子は、３０フレーム／秒でビデオをキャプチャする時のオートフォーカス画像キャプチャのための露光時間１／１２０秒を支持するのに十分に高速で、オートフォーカス画像キャプチャのためのアパーチャの半分を交互に塞ぐことができる。オートフォーカス画像を別個にキャプチャすることにより、閉塞中の高速液晶素子によって生成された散乱した拡散光が、ビデオ画像の画質に影響を及ぼすことはない。そして、フィルタリングされていない画素、又はパンクロマティック画素の少なくとも一部を有する撮像装置を使用することにより、センサの集光は、オートフォーカス画像が１／１２０秒でキャプチャされるのを可能にするのに十分に効率的になる。
【００６０】
例２
静止画像キャプチャに特に適した、一例としての別の好ましい態様の場合、分割アパーチャ装置が使用される。この態様の場合、可動レンズは、オートフォーカス画像のキャプチャ前に、極限位置、つまり近焦点位置又は遠焦点位置に位置決めされ、画像は焦点から実質的に外され、２つのオートフォーカス画像間の大きな差異が確保される。この態様の利点は、最良のフォーカス品質のために必要とされる可動レンズ位置を割り出す分析のために、大きい信号が提供されることである。オートフォーカス画像及び静止画像のキャプチャのためのタイミングはこの場合、表２及び３に示されたものと同様である。
【００６１】
例３
場面内容が急速に変化している状況における一例としての別の好ましい態様の場合、フレーム間のフォーカス変化が、所望のものより速いことがある。この場合、フレーム間のフォーカス変化速度に制限を加えることができる。各フレームは依然として個々にフォーカシングされるが、しかし、フレーム間のフォーカス変化が限度を超えることは許されない。フレーム間の焦点変化を制限することにより、フォーカス変化はビデオセグメントにおいてより平滑に見えることになる。
【００６２】
例４
さらに好ましい態様の場合、例１に記載されたものと同様のシステムは、一度にアパーチャの半分を塞ぐか、又はアパーチャを実質的に塞がれないままにしておくことができる高速液晶素子と一緒に使用される。オートフォーカス画像及びビデオ画像は表５に示されているように交互にキャプチャされる。この態様の場合、オートフォーカス画像キャプチャのために利用可能な時間は、３０フレーム／秒でビデオ画像をキャプチャする場合に１／６０秒まで増大することにより、低光条件下でのオートフォーカス性能を改善する。フォーカス条件の計算はこの場合、キャプチャされている最後の２つのオートフォーカス画像に基づいて行われる。この場合では、オートフォーカス画像のキャプチャが時間的に離されているので、場面内の動作がフォーカス条件の計算を劣化させる可能性が存在する。場面内動作又はカメラ動作の補正を可能にするために、２つのビデオ画像を互いに相関することにより、任意の場面内動作又はカメラ動作を識別する。次いで、フォーカス条件の計算前に、場面内動作又はカメラ動作を補正するために、オートフォーカス画像のうちの少なくとも１つを改変する。次いで、次のビデオ画像キャプチャに焦点調節を加える。
【符号の説明】
【００６３】
１２    調節可能なレンズシステム
１４    可動レンズ
１６    電子撮像装置
１８    キャプチャを開始するためのボタン
２０    アイリス
２２    デジタル信号プロセッサ
２４    デジタル記憶素子
３０    キャプチャ・シーケンスを開始するステップ
３２    オートフォーカス画像をキャプチャするステップ
３４    オートフォーカス画像を分析するステップ
３６    可動レンズを動かすステップ
３８    画像をキャプチャするステップ
４０    連続的なビデオ画像キャプチャを開始するステップ
４２    可動レンズによって画像をキャプチャするステップ
４４    コントラストを測定するステップ
４６    最高コントラストで画像を識別するステップ
４８    可動レンズを動かすステップ
５０    連続的なビデオ画像をキャプチャするステップ
５２    画像を評価するステップ
６０    分割アパーチャ装置
６１    第１半アパーチャ閉塞体
６２    第２半アパーチャ閉塞体
６３    モータ
６４    レンズ集成体
６５    ディスク
６６    第１半アパーチャ閉塞体制御装置
６７    第２半アパーチャ閉塞体制御装置
７０    画像シーケンサ
７２    半シャッター制御装置
７４    アナログ−デジタル変換器
７６    最後のオートフォーカス画像のための一時記憶装置
７７    ビデオ画像記憶装置
７８    最後から１つ前のオートフォーカス画像のための一時記憶装置
７９    ビデオ又は静止画像のための画像記憶装置
８０    オートフォーカス画像相関ステップ
８２    可動レンズ位置決め制御装置
８４    フォーカスレンズ移動モータ
９０    ビデオ画像相関ステップ
９２    最後から１つ前のオートフォーカス画像をシフトするステップ
【図１】
0005399899.tif 000007
【図２】
0005399899.tif 000008
【図３】
0005399899.tif 000009
【図４】
0005399899.tif 000010
【図５】
0005399899.tif 000011
【図６Ａ】
0005399899.tif 000012
【図６Ｂ】
0005399899.tif 000013
【図６Ｃ】
0005399899.tif 000014
【図７Ａ】
0005399899.tif 000015
【図７Ｂ】
0005399899.tif 000016
【図７Ｃ】
0005399899.tif 000017
【図８Ａ】
0005399899.tif 000018
【図８Ｂ】
0005399899.tif 000019
【図９】
0005399899.tif 000020
【図１０】
0005399899.tif 000021